工业生产VOCs废气资源化处理技术

工业生产VOCs废气资源化处理技术介绍华东理工大学演讲1.VOCs治理背景全国74个城市空气质量统计显示:2015年6月所有超标天数中,以臭氧为首要污染物的天数最多,超过了以PM2.5为首要污染物的天数。与之呼应,7月23日广东省公布2015年第二季度全省城市环境空气质量状况,臭氧成最常见首要污染物；另据媒体报道,6月至8月京津冀地区的近半数污染日内,臭氧均代替PM2.5成为空气首要污染物。臭氧其实比PM2.5更可怕：（1）臭氧几乎能与任何生物组织反应,对呼吸道的破坏性很强。（2）臭氧也会刺激眼睛,使视觉敏感度和视力降低。（3）此外,臭氧会阻碍血液输氧功能,造成组织缺氧；使甲状腺功能受损、骨骼钙化。经常暴露于臭氧环境下的男性,肺部出现了损害的症状,另外,肺癌的发病率和死亡率也与长期暴露在臭氧下有密切关系。1.VOCs治理背景1.VOCs治理背景国家目前臭氧治理技术路线存在重大问题，主要体现在很多工业过程产生臭氧，国家目前没有任何法律法规限制臭氧排放。产生臭氧设备：静电、高压放电、UV灯、印刷、电晕、等离子等。中国目前很多VOCs治理设施也会产生臭氧，例如，等离子、光催化、VU光解等。有些企业直接通臭氧处理含VOCs的气体。在臭氧浓度作为大气主要污染物的背景下，国家应该指定严格的法规限制臭氧排放。臭氧产生的机理：一致认为是VOCs与NOx在阳光作用下生成臭氧。由此，国家制定了各种政策限制VOCs排放。1.VOCs治理背景中国官方承认每年向大气中排放了大约3000万吨有机溶剂，排放到大气中的有机溶剂，除产生臭氧外，对人类产生以下不良效果：（1）有些溶剂对人体造成直接伤害，欧洲根据溶剂毒性制定了严格的排放限制。（2）溶剂时大气雾霾的前驱体，减少有机溶剂排放可以减少雾霾的产生。自国家开始VOCs治理以来，已经完成了很多VOCs治理工程，但是，臭氧指标没有明显好转，主要原因如下：（1）在喷漆废气治理花费了很多资金，但是喷漆过程排放的废气量十分有限：利用广州某知名摩托车企业年产值30亿元人民币，每年排放的VOCs300吨左右，而广州一个印刷面膜，产值5000万的企业，每年排放的VOCs超过300吨。（2）很多排污严重的行业没有进行VOCs治理：例如中国铝箔制造、压延膜后续加工、一次性手套等VOCs排放量大的行业没有进行VOCs治理。2.VOCs资源化治理途径从含VOCs的废气中回收VOCs，在达标环保目的的同时，实现资源的循环利用。早在2004年，广州黑马科技有限公司开发出了N-甲基吡咯烷酮（简称NMP）回收装置，在实现环保排放的同时，通过NMP循环使用，为企业带来经济效益。2010年，广州黑马科技有限公司陆续开发了二甲基乙酰胺（简称DMAc）回收装置，可以用于聚酰亚胺膜生产、氨纶生产DMAc回收。2014年广州黑马科技有限公司成功地开发了脱芳溶剂溶剂回收循环利用技术，目前已经在美的、TCL等空调制造企业使用，预计在未来将在铝箔制造、一次性手套生产等行业广泛使用。2.VOCs资源化治理途径VOCs资源化利用的另外一个途径：将废气中VOCs进行热力氧化或者催化氧化处理，产生的热量回收利用，大量节约加热能源消耗。广州黑马科技有限公司从2012年开始研究，含VOCs废气催化氧化处理技术，并且将催化氧化产生的热量回收利用。目前，产品已经在塑料印刷、装饰地板生产、胶黏带生产、转印膜、铝材表面涂装等领域广泛应用。大量的应用数据表明：采取催化氧化-热量回收技术，可以在消除VOCs污染同时,治理VOCs可以为企业带来经济效益.3.VOCs资源化治理核心技术介绍VOCs资源化利用技术改变了大众对环保的看法，随技术的普及，人们将从“要我环保”、到“我要环保”观念转变。实现VOCs资源化治理，涉及两个核心技术：1、VOCs转轮浓缩技术；2、新一代催化氧化技术。4.吸附转轮的技术起源与演变吸附转轮最先用于吸附除湿，由瑞典发明家卡尔蒙特先生发明将能够吸收空气中水分的材料制造成蜂窝结构的园盘转轮，正常工作时分子筛转轮转速1～6转/小时。转轮运作时可分为2个区域，即处理区、和再生区。含水分的空气从处理区流过后变成干燥的空气，在再生风机作用下再生空气被再生加热器加热到一定的温度后流过转轮的再生区，吸附在转轮上的水分被再生空气带走。4.吸附转轮的技术起源与演变Munters最初的除湿转轮利用吸水能力强的纸浸泡氯化锂制造而成，后来日本企业对其技术进行改进，研制出了硅胶为吸附材料的除湿转轮，性能大幅度超过Munters的转轮。客观地说：日本企业对吸附转轮的发展起到了关键性作用。在2000年前除湿转轮全球市场规模不大。2000年后，由于以下两个原因除湿转轮需要大幅度增加：（1）锂电池技术逐步成熟，而锂电池生产需要在空气湿度大的条件下生产。唯有转轮吸附除湿技术可以满足锂电池生产；（2）2001年美国能源部认定独立新风系统（Dedicatedoutdoorairsystems，简称DOAS）是未来最有前途的空调节能技术之一。DOAS节能原理就是通过向被控制车间提供干燥的新鲜空气实现空调系统的节能。根据国际、国内经验，采取DOAS方式实现空气调节，可以是现有空调装置节能30%以上。目前美国大约30%的新建设公共空调装置采取DOAS方式工作。4.吸附转轮的技术起源与演变独立新风系统（Dedicatedoutdoorairsystems，简称DOAS）为除湿转轮提供了巨大的市场空间。传统的除湿转轮，再生温度120℃，需要高品位的能源驱动。美国天然气价格只有中国的1/7，天然气价格十分便宜，美国的DOAS系统采取天然气驱动时也可以产生巨大的经济效益。2001年后期，世界知名的空调企业开始研究低温再生转轮，都在追求利用制冷余热再生除湿转轮。目前，世界上知名的制冷相关企业都掌握了转轮制造技术。4.吸附转轮的技术起源与演变广州黑马科技有限公司早在2004年就掌握了转轮制造技术，并且开发出了蒸汽压缩制冷-转轮吸附耦合除湿技术。传统除湿机单位电力除湿能力：1.75kg,耦合运行除湿机单位电力消耗除湿量为：2.48kg，和国家标准比较节能41.7%。主要用途：空调节能、冷库节能、空气中取水，低温干燥等；在VOCs治理领域的用途：（1）水性油墨干燥，（2）喷漆过程节能；4.吸附转轮的技术起源与演变4.吸附转轮的技术起源与演变4.VOCs转轮与转轮吸附材料在锂电池业推广除湿转轮装置时，发现锂电池业VOCs污染，由此，开始研制VOCs转轮。在掌握转轮制造技术后，唯一的技术瓶颈就是吸附材料。4.VOCs转轮与转轮吸附材料黑马科技独立研制出了接近全硅，表面积630m2/g,孔径0.8纳米分子筛，并且批量生产。4.VOCs转轮与转轮吸附材料优点：高吸附效率与低阻力；可以处理高沸点VOCs；处理后废气中VOCs含量可以痕量级；浓缩不高达50；吸附材料失去活性后，可以用几种不同的方式再生；VOCs浓缩转轮功能：将低浓度大风量的废气变成高浓度小风量的废气，便于溶剂冷凝回收或者催化氧化或者热力氧化。4.VOCs转轮与转轮吸附材料VOCs转轮实物照片5.热力氧化与催化氧化热力氧化：VOCs加热到760℃以上，使废气中的VOC在氧化室氧化分解成CO2和H2O。催化氧化：催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂的作用是降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，使反应物分子富集于表面提高了反应速率，加快了反应的进行。借助催化剂可使有机废气在200℃左右的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO2和H2O，同时放出大量热能，其反应过程为：热力氧化与催化氧化的区别：热量催化剂OH2mnCOO4mnHC222mn5.热力氧化与催化氧化热力氧化与催化氧化共同点：（1）都必须在一定的温度条件下开始工作；（2）氧化VOCs过程都会释放热量；充分利用氧化后（包含催化氧化与热力氧化）废气中余热是：催化氧化与热力氧化装置必须共同面对的温度目前普遍流行的RTO（REGENERATIONTHERMALOXIDIZER）与RCO（REGENERATIONCATALYTICOXIDIZER，采取蓄热方式回收热量。蓄热方式回收热量只是热量回收方式中的一种，并不是唯一的方式，也不代表是最高效的方式。5.热力氧化与催化氧化6.新一代催化氧化装置采取强化传热技术设计热量回收装置；换热部件的传热系数是传统换热器换热系数的5倍，由此，实现了低排温，设备体积小。设备没有任何运动阀门。对于存在VOCs浓度可能超标高的含VOCs的废气，采取间接加热的方式启动。彻底消除了安全隐患。7.VOCs治理工程案例公司产品已经在以下领域获得应用:（1）高沸点有机溶剂回收，例如，NMP回收，DMAc回收、脱芳溶剂油回回收；（2）车间气味控制，例如电池厂，香精香料厂气味控制，制药厂发酵尾气处理。（3）塑料印刷废气处理（4）装饰材料生产废气处理（5）喷漆废气处理；7.VOCs治理工程案例工程案例之：NMP回收溶剂名称：N-甲基吡咯烷酮沸点:202℃在锂电池极片生产过程广泛使用，由于国家大力推广电动汽车，所以，使用量一直快速增长。不同温度条件下NMP饱和蒸汽浓度如下：7.VOCs治理工程案例广州黑马科技有限公司开发的NMP回收装置的工艺流程图技术获得国际市场认可，产品销往瑞士、德国、俄罗斯、台湾。工程案例之：NMP回收7.VOCs治理工程案例工程案例之：NMP回收7.VOCs治理工程案例左图：出口瑞士的NMP回收装置；右图：国内运行的NMP回收装置。工程案例之：NMP回收2.分子筛浓缩转轮以及应用安装在德国ECCBATTERY公司的有机溶剂回收装置工程案例之：NMP回收7.VOCs治理工程案例中国在德国使馆人员在德国接见本公司员工工程案例之：NMP回收1.VOCs治理背景与公司介绍1.VOCs治理背景与公司介绍7.VOCs治理工程案例工程案例之：DMAc回收溶剂名称：二甲基乙酰胺沸点:166℃主要用途：聚酰亚胺膜生产、氨纶生产。不同温度条件下DMAc饱和蒸汽浓度如下：7.VOCs治理工程案例工程案例之：DMAc回收溶剂名称：二甲基乙酰胺沸点:166℃主要用途：聚酰亚胺膜生产、氨纶生产。不同温度条件下DMAc饱和蒸汽浓度如下：7.VOCs治理工程案例工程案例之：DMAc回收聚酰亚胺薄膜、纤维生产消耗大量的DMAc，而聚酰亚胺薄膜与纤维生产属于高速增长的行业。先进复合材料：用于航天、航空器及火箭部件。是最耐高温的结构材料之一。例如美国的超音速客机计划所设计的速度为2.4M，飞行时表面温度为177℃，要求使用寿命为60000h，据报道已确定50%的结构材料为以热塑型聚酰亚胺为基体树脂的碳纤维增强复合材料，每架飞机的用量约为30t。在航空、航天、高速发展的时代，这个产品市场需求会迅速膨胀。7.VOCs治理工程案例广州黑马科技有限公司开发氨纶与聚酰亚胺膜生产废气处理装置流程工程案例之：DMAc回收7.VOCs治理工程案例广州黑马科技有限公司开发氨纶与聚酰亚胺膜生产废气处理装置工程案例之：DMAc回收7.VOCs治理工程案例广州黑马科技有限公司开发氨纶与聚酰亚胺膜生产废气处理装置工程案例之：DMAc回收7.VOCs治理工程案例DAMc最大的使用的场合是氨纶生产，传统的回收方式采取三级冷凝，第一级是利用循环冷却水冷却、第二级7C冷冻水冷却，第三级-10C低温水冷却。广州黑马科技有限公司研制的DMAc回收装置完全利用循环冷却水冷却，生产每吨产品节约电费2000元。工程案例之：DMAc回收7.VOCs治理工程案例工程案例之：脱芳溶剂油之回收溶剂名称：化学品中文名：脱芳烃溶剂化学品英文名：Dearomatizedhydrocarbonfluid化学类别：脱芳烃后的溶剂7.VOCs治理工程案例工程案例之：脱芳溶剂油之回收已经知道的脱芳溶剂油使用场合：1.空调换热器制造：大约消耗1万吨。主要集中在广东，目前，广州黑马科技有限公司已经在美的、TCL安装了脱芳溶剂有回收装置。中国空调制造业消耗量大约130万吨铝箔